大学物理实验教学中物理规律的探索

时间：2024-05-25

王广川谢国亚

【摘要】实验在物理学中具有奠基性的地位，物理规律是由实验探索而来的，现代物理学体系也是从伽利略开创实验体系开始的。文章以电磁理论为例，介绍了在大学物理实验教学中如何通过实验探索电磁理论的本质和规律。通过实验，学生可以直观地感受到电磁场的基本性质，深入理解电磁场的概念，养成自主探索物理规律的良好学习习惯。

【关键词】大学；物理实验；教学；物理规律；电磁理论

一、大学物理实验教学的关键因素

（一）物理实验室

先进的实验室能够保证学生充分地进行实验，从而加深对物理知识的理解和认识。较大规模的实验室和设备数量选择还可以避免实验时学生过于拥挤或过于稀疏的不利情况，更好地保护实验设备和学生的安全。发达国家物理教学已经从书本知识教学转移到实验室规律探索上，即使在教室中也大量配备了实验设备，乔布斯在大学期间就花很多时间在教室摆弄各种电子设备，这为后来苹果的研发工作打下了坚实的基础。发达国家大学物理实验室一般都是开放性的，这给学生提供了充分的实验机会，让学生能够在课后自觉、主动地进入实验室，研究他们喜欢的项目，自主探索物理规律。高校教师也可以利用物理实验室取得重大的研究突破，比如麻省理工学院的MIT团队就充分利用本校的实验室，将麦克斯韦的电磁方程发展到纳米级别。

（二）以学生为主体

物理规律的发现和创新理论的发明都是在主动探索中进行的，我国高校物理学基础理论和高端科技创新之所以落后于发达国家，就是因为高校物理教育一直沿用传统的灌输式教学方式，教师是教学的主体，学生被动接受，主动思考和探索较少。在大学物理实验教学中，学生需要具备较强的自主学习和自主探究的能力。当受到问题困扰时，学生需要发掘自己解决问题的能力，通过自己的思考、实验和总结发现问题的答案。因此，在实验教学过程中，教师应该鼓励学生自主思考、独立探究，提高大学生的实验技能和实践能力，让学生主动去动手实验、探索实验、总结实验。大学物理和基础教育物理相比，其理论性更强，更需要学生自主探索物理规律，通过与他人的互动和合作发掘更广阔的实验空间，注重合作和创新的能力培养。比如关于电磁理论的理解，如果所有人都局限在机械能和电能的转化上，就不可能有麦克斯方程突破，光、电、磁力也就不可能统一。

（三）以教师为引导

现代物理教学要实现从理论教学到实践教学的过渡，就必须转变教师的角色，让出他们实验教学引导者和组织者的身份，“变讲师为导师”。在教学过程中，立足于扎实的专业知识和教育教学的理论知识，结合实际情况，开展变革性的实验教学活动，提高实验教学质量。合理运用不同的教学方法和方式，注重实验教学过程中的互动，加强学生的实践能力和动手能力，培养学生分析实验数据和问题的能力。对于物理专业和非物理专业的学生要采用不同的教学方法，物理专业的学生要重视其基础理论等方面的研究，非物理专业的学生要注意激发他们的兴趣。为了进一步探索物理规律，教师需要帮助学生设计研究性的实验，根据学生专业不同设计不同的研究类型。教师可以带领学生进行一些研究性的实验，共同进行项目开发，在实际项目中更有利于分析物理规律。

二、大学物理实验教学的现状调查

（一）问卷调查情况

通过自编《大学物理实验教学中学生对物理实验与物理规律认识现状调查》问卷，了解目前在大学物理实验教学中对物理规律的关注程度，并分析其原因，以便提出针对物理规律探索的教学方法。希望通过这样的调查，可以解决现行教学中存在的一些问题。

研究对象为本地大学生，随机发放了300份问卷。

（二）问卷调查分析

调查表主要由17个客观题和2个主观题组成，客观题的选项有2个的、有3个的，也有4个选项的，内容主要涉及学生实验前、实验中、实验后对实验中的基础理论和实验结果的认识和重视程度，实验教学的上课方式，学生对现有教学方式的喜爱程度，学生对于物理实验的理解，实验数据和结果的反思等。主观题是学生对物理实验的建议等。

共发放300份问卷，回收280份，回收率为93.33%，本次调查是有效的、真实的。

（三）调查结果分析

分析得出，75%的学生认识到物理实验和物理规律的密切关系，认识到物理学实验是物理学教学中非常重要的一环。在这个过程中，学生会亲自操作实验装置、观察实验现象、收集數据等，理解实验对物理规律验证的重要作用。因此，大多数学生认为实验和规律是密切相关的。10%的学生仅关注实验本身，对规律认识较为薄弱。尽管大多数学生已经了解到实验和物理规律之间的内在联系，但仍有一小部分学生仅仅将注意力集中于实验本身，对实验数据的处理和实验结论的推导不深入，对物理规律的认识相对来说较薄弱。15%的学生能够深入理解实验与规律之间的关系，可以说，实验是验证物理规律的有效手段，然而并不是所有学生都能够深刻理解这一点。有些学生通过对实验数据的分析和总结，能够推导出对应的物理规律，并且能够在实际应用中进一步理解这些规律的内在本质。主观题方面有学生提出实验设备不充足，实验室开放时间还需增长，实验仪器不够精细，实验趣味性不足，自主探索实验较少。

（四）存在的主要问题

结合课堂观察发现，学生的动手操作能力较差，由于基础教育阶段实验经验较少，一些学生在实验过程中显得无所适从。学生获得的实验收获较少，对物理规律缺乏把握。课程教学较为死板，导致学生的创新能力不足，很多课程要求统一化操作，限制了学生自主思维的发展。实验数据利用不够充分，一般只用于误差分析。重视现有公式和定理的分析，在物理思想方法上不够重视。教学观念过于陈旧，还是停留在传统理论教学思维上，很多教师还没有在教学革新的高度上认识物理实验，因此导致实验目标并没有达成。

三、基于物理规律探索的大学物理实验教学对策

（一）建立基于物理规律探索的教学观念

要以学生为主体，以学生发展为目的，面向尖端科技，尊重学生个体的差异，充分挖掘他们的潜力。通过实验和探究，让学生亲身感受物理规律的内在联系和本质，使学生对物理规律有更深入的认识和理解。通过探究物理规律的相关现象和实验数据，引导学生发现物理规律的本质，培养其独立思考和创造性思维能力，掌握科学探究的方法和技巧。要注意建立开放、积极、互动和合作的教学环境，使学生能够自主参与，增强自觉学习的意识，并通过与他人的交流，开阔视野和提高思维水平。要改变应试教育观念，注重培养学生实际解决问题的能力，使学生掌握具有实用性的物理知识和技能，为学生日后的科学探索和实践工作奠定基础。对于物理专业的学生来说，更要注重物理规律的探索，培养他们能够主动发现和探索自然现象和物理本质的能力。要在实验中大胆假设，小心求证，像麦克斯韦一样提出创新的观点，力争在物理学理论研究上有所突破。

（二）革新传统教学模式

首先，要以探索物理规律为核心，传统物理教学以数据检验和物理规律的验证为目的，很多实验只是为了让学生得到理想中的数据。这就导致物理实验往往是为了贴近数据，一些学生发现自己的实验偏离了目标数据，甚至会数据造假。大学物理实验应该注重学生发现规律和自主探索物理规律能力的培养，而非过多地纠结验证实验原理，这样学生才能多问几个为什么，而不是一味相信权威。

其次，改变实验课是理论课附属的思想，转向规律探索性实验，力争在前人研究的基础上有自己的见解。这就需要教师逐渐渗透物理思想方法，引导学生从已有的知识和经验出发，自主设计实验方案，在问题分析过程中总结出规律，并用这个规律去解决问题。

再次，实验要自主操作，而不是照本宣科，按部就班，改变过去教师演示学生模仿的方式。在确保复杂仪器操作安全的前提下，让学生自己去发现问题和解决问题，激发他们的创新思维，鼓励他们的创意，调动积极性，让学生在实验中发现学习的乐趣，找到自己的爱好，建立学习的信心。

最后，要善于利用实验数据和实验结果分析总结物理规律，进而思考怎么利用物理规律解决实际问题，最终达成实验目标。

（三）基于物理规律探索的“电磁理论”案例

物理实验中的“电磁理论”实验是一个涉及电磁场理论的实验，旨在让学生了解电磁场的性质和基本原理，掌握电磁场相关的实验方法和技巧。

四、结语

实验教学在大学物理教育中具有非常重要的作用，它可以帮助学生更加深入地理解物理规律和现象。本研究为大学物理实验教学提供一定的参考指导，具有一定的推广价值，但是在实验设计上还需要进一步的研究。

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